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[국내논문] 광섬유 종단각도 효과를 이용한 관절각 측정
Effect of Modified Fiber Tip on Joint Angle Measurement 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.63 no.7, 2014년, pp.929 - 933  

정구인 (Dept. of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Research Institute of Biomedical Engineering, Konkuk University) ,  김지선 (Dept. of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Research Institute of Biomedical Engineering, Konkuk University) ,  이태희 (Dept. of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Research Institute of Biomedical Engineering, Konkuk University) ,  최주현 (Dept. of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Research Institute of Biomedical Engineering, Konkuk University) ,  오한별 (Dept. of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Research Institute of Biomedical Engineering, Konkuk University) ,  김아희 (Dept. of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Research Institute of Biomedical Engineering, Konkuk University) ,  전재훈 (Dept. of Biomedical Engineering, College of Biomedical and Health Science, Konkuk University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The measurement of joint angle is important to evaluate the patient's disability. The modified fiber tip and light propagation of the developed fiber sensor were investigated to increase the range of angle detection. Different shapes of fiber tips were manufactured with a polishing machine to delive...

주제어

#Angular sensor   #Beam pattern   #Goniometer   #Modified tip   #Optical fiber  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 광섬유 센서를 이용하여 관절각도 측정이 가능한 새로운 모델을 제시하였다. 다양한 변수로 광섬유를 통해 출력되는 빛의 비대칭적 특성을 극대화 할 수 있는 방법을 확인하였다.
  • 본 연구의 목적은 기존 기술의 한계점을 극복하고 사용자 편의성, 경제성, 시스템의 내구성 등을 고려한 관절 각 변위를 정확하게 측정하는 것이다. 광섬유 종단각도 효과와 관절 중심축에서 벗어난 거리 조합을 이용하여 출력되는 빔의 형상을 분석하고, 측정 범위를 향상시킬 수 있는 조건을 연구하였다.
  • 현 단계에서 70˚의 측정범위를 가지는 광섬유 각도 센서는 발목관절 움직임 계측에 적용될 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구의 최종 목표는 실시간으로 의료진과 피드백 할 수 있는 저가/소형의 시스템을 개발하는 것이다. 차후 연구를 통해 다수의 센서를 어레이 타입으로 적용하여 측정범위 향상 및 인체에 적용할 수 있는 최적의 디자인을 고안할 것이다.
  • 광섬유 종단각도 효과와 관절 중심축에서 벗어난 거리 조합을 이용하여 출력되는 빔의 형상을 분석하고, 측정 범위를 향상시킬 수 있는 조건을 연구하였다. 이러한 광학적 특성을 이용하여 관절 각 변위 측정에 적용할 수 있는 기술을 제시하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
적외선 카메라 기반 3차원 동작분석시스템의 장점과 단점은? 포텐시오미터(potentiometer)와 스트레인 게이지(strain-gauge)를 이용한 전자각도기(electro-goniometer)는 고가이며, 반복적 사용에 의해 정확도가 낮아질 수 있다[5-6]. 적외선 카메라 기반 3차원 동작분석시스템(3-D motion capture system)은 객관적인 측정이 가능하나 매우 고가이며 카메라가 구비되어 있는 한정된 공간에서만 사용이 가능하다. 그리고 숙련된 검사자가 요구되고 매 실험마다 준비하는 시간이 오래 걸려 피험자가 불편함을 느낄 수 있다[7-8].
의료용 측 각도기의 단점은? 이러한 이유로 관절 움직임을 계측하는 센서에 관한 연구들이 여러 분야에서 활발하게 수행되고 있다. 의료용 측 각도기(goniometer)는 측정이 간단하지만 관측자의 주관적 판단에 따라 측정치가 달라지고 데이터를 자동으로 저장할 수 없는 단점이 있다[4]. 포텐시오미터(potentiometer)와 스트레인 게이지(strain-gauge)를 이용한 전자각도기(electro-goniometer)는 고가이며, 반복적 사용에 의해 정확도가 낮아질 수 있다[5-6].
빛의 비대칭적 특성을 극대화 할 수 있는 방법은 무엇인가? 다양한 변수로 광섬유를 통해 출력되는 빛의 비대칭적 특성을 극대화 할 수 있는 방법을 확인하였다. 광섬유 종단면을 가공할 경우 출력광의 굴절각이 달라져 비대칭적 출력특성이 나타난다. 또한 off-center 조건을 이용하면 가공하지 않은 광섬유에서도 비대칭적 출력 특성이 나타나고, 가공된 광섬유의 경우 비대칭적 특성이 두드러진다. 이 두 가지 현상을 조합하여 사용하면 측정범위를 향상시킬 수 있다. 본 논문에서 제안된 광학적 각도계의 측정 유효 범위는 θ = 60˚ ~ 130˚로 70˚ 범위를 측정할 수 있다.
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참고문헌 (11)

  1. J. W. Kim, B. K. Lee, J. H. Hong, and G. M. Eom, "The Trend and Prospect of Silver/Rehabilitation Engineering," KIC News. vol. 11 no. 2, pp. 11-23, 2008. 

  2. A. J. Wixted, D. V. Thiel, A. G. Hahn, C. J. Gore, D. B. Pyne, and D. A. James, "Measurement of Energy Expenditure in Elite Athletes Using MEMS-Based Triaxial Accelerometers," IEEE Sensor Journal, vol. 7, no. 4, pp. 481-488, 2007. 

  3. D. S. Park and S. G. Lee, "A Review of the AMA Guides to the Evaluation of Permanent Impairment," Journal of the Korean Medical Association, vol. 52, no. 6, pp. 567-572, 2009. 

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  4. D. B. Chaffin, G. Andersson, and B. J. Martin, "Occupational Biomechanics," 4th edition, New York:Wiley & Sons, 2006. 

  5. L. Tesio, M. Monzani, R. Gatti, and F. Franchignoni, "Flexible electrogoniometers: kinesiological advantages with respect to potentiometric goniometers," Clinical Biomechanics, vol. 10, no. 5, pp. 275-277, 1995. 

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  6. A. Shiratsu and H. J. C. G. Coury, "Reliability and accuracy of different sensors of a flexible electrogoniometer," Clinical Biomechanics, vol. 18, no. 7, pp. 682-684, 2003. 

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  7. T. B. Moeslund, A. Hilton, and V. Kruger, "A survey of advances in vision-based human motion capture and analysis," Computer vision and image understanding, vol. 104, no. 2, pp. 90-126, 2006. 

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  8. J. Shotton, T. Sharp, A. Kipman, A. Fitzgibbon, M. Finocchio, A. Blake, M. Cook, and R. Moore, "Real-time human pose recognition in parts from single depth images," Communications of the ACM, vol. 56, no. 1, pp. 116-124, 2013. 

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  9. P. Roriz, L. Carvalho, O. Frazao, J. L. Santos, and J. A. Simoes, "From conventional sensors to fibre optic sensors for strain and force measurements in biomechanics applications: A review," Journal of biomechanics, vol. 47, no. 6, pp. 1251-1261, 2014. 

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  10. G. I. Jung, J. S. Kim, D. H. Hur, H. D. Yu, S. H. Lim, J. H. Choi, J. H. Lee, G. M. Eom, and J. H. Jun, "Angular Displacement Measurement Using Optical Sensor," The Transaction of KIEE, vol. 60, no. 10, pp. 1959-1965, 2011. 

    원문보기 상세보기 crossref

  11. American Academy of Orthopaedic Surgeons, "Joint motion: method of measuring and recording," Churchill Livingstone, 1965. 

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